运算放大器详细的应用电路很详细之欧阳学创编Word文件下载.docx
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8.2.2
单运放和差电路
8.2.3
双运放和差电路
例1:
设计一加减运算电路
设计一加减运算电路,使
Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3
解:
用双运放实现
如果选Rf1=Rf2=100K,且R4=100K
则:
R1=50K
R2=20K
R5=10K
平衡电阻
R3=R1//R2//Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2=8.3K
例2:
如图电路,求Avf,Ri
8.3
积分电路和微分电路
8.3.1
积分电路
电容两端电压与电流的关系:
积分实验电路
积分电路的用途
将方波变为三角波(Vi:
方波,频率500Hz,幅度1V)
将三角波变为正弦波(Vi:
三角波,频率500Hz,幅度1V)
(Vi:
正弦波,频率500Hz,幅度1V)
思考:
输入信号与输出信号间的相位关系?
正弦波,频率200Hz,幅度1V)
输入信号频率对输出信号幅度的影响?
积分电路的其它用途:
去除高频干扰
将方波变为三角波
移相
在模数转换中将电压量变为时间量
8.3.2
微分电路
微分实验电路
把三角波变为方波
三角波,频率1KHz,幅度0.2V)
输入正弦波
正弦波,频率1KHz,幅度0.2V)
思考:
输入信号频率对输出信号幅度的影响?
8.4
对数和指数运算电路
8.4.1
对数电路
对数电路改进
基本对数电路缺点:
运算精度受温度影响大;
小信号时exp(VD/VT)与1差不多大,所以误差很大;
二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大,所以运算只在较小的电流范围内误差较小。
改进电路1:
用三极管代替二极管
电路在理想情况下可完全消除温度的影响
改进电路3:
实用对数电路
如果忽略T2基极电流,则M点电位:
8.4.2
指数电路
1.
基本指数电路
反函数型指数电路 电路必须是负反馈才能正常工作,所以:
8.5
乘除运算电路
8.5.1
基本乘除运算电路
乘法电路
乘法器符号
同相乘法器
反向乘法器
2.
除法电路
8.5.2.
乘法器应用
平方运算和正弦波倍频
如果输入信号是正弦波:
只要在电路输出端加一隔直电容,便可得到倍频输出信号。
除法运算电路
注意:
只有在VX2>
0时电路才是负反馈
负反馈时,根据虚短、虚断概念:
3.
开方运算电路
输入电压必须小于0,否则电路将变为正反馈。
两种可使输入信号大于0的方案:
调制(调幅)
4.
压控增益
乘法器的一个输入端接直流电压(控制信号),另一个接输入信号,则输出信号与输入信号之比(电压增益)成正比。
V0=KVXvY
电流-电压变换器
由图可知
可见输出电压与输入电流成比例。
输出端的负载电流:
电流-电压变换电路
若Rl固定,则输出电流与输入电流成比例,此时该电路也可视为电流放大电路。
电压-电流变换器
负载不接地 负载接地
由负载不接地电路图可知:
所以输出电流与输入电压成比例。
对负载接地电路图电路,R1和R2构成电流并联负反馈;
R3、R4和RL构成构成电压串联正反馈。
讨论:
当分母为零时,
iO
→∞,电路自激。
当R2
/R1
=R3
/R4时,
则:
说明iO与VS成正比
实现了线性变换。
电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处,是很有用的电子电路。
8.6
有源滤波电路
8.6.1
滤波电路基础知识
一.
无源滤波电路和有源滤波电路
无源滤波电路:
由无源元件
(R,C,L)
组成
有源滤波电路:
用工作在线性区的集成运放和RC网络组称,实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
有源滤波电路的优点,
缺点:
请看书。
二.
滤波电路的分类和主要参数
按所处理的信号可分为模拟的和数字的两种;
按所采用的元器件可分为有源和无源;
3.
按通过信号的频段可分为以下五种:
a.
低通滤波器(LPF)
Avp:
通带电压放大倍数
fp:
通带截至频率
过渡带:
越窄表明选频性能越好,理想滤波器没有过渡带
b.
高通滤波器(HPF)
c.
带通滤波器(BPF)
d.
带阻滤波器(BEF)
、
e.
全通滤波器(APF)
4.
按频率特性在截止频率fp附近形状的不同可分为Butterworth,
Chebyshev
和
Bessel等。
理想有源滤波器的频响:
滤波器的用途
滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分,例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的干扰。
滤波过程如图所示。
8.6.2
低通滤波电路
(LPF)
低通滤波器的主要技术指标
(1)通带增益Avp
通带增益是指滤波器
在通频带内的电压放大
倍数,如图所示。
性能
良好的LPF通带内的幅
频特性曲线是平坦的,
阻带内的电压放大倍数
基本为零。
(2)通带截止频率fp
其定义与放大电路的上限截止频率相同。
通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好。
8.6.2.1
一阶低通滤波电路
一.
电路构成
组成:
简单RC滤波器同相放大器特点:
│Avp
│>
0,带负载能力强缺点:
阻带衰减太慢,选择性较差。
性能分析
有源滤波电路的分析方法:
1.电路图→电路的传递函数Av(s)→频率特性Av(jω)
根据定义求出主要参数
画出电路的幅频特性
一阶LPF的幅频特性:
8.6.2.2
简单二阶
LPF
组成:
二阶RC网络同相放大器
通带增益:
主要性能
传递函数:
2.通带截止频率:
3.幅频特性:
特点:
在
f>
f0
后幅频特性以-40dB/dec的速度下降;
缺点:
f=f0
时,放大倍数的模只有通带放大倍数模的三分之一。
8.6.2.3
二阶压控电压源
二阶压控电压源一般形式
二阶压控电压源LPF
分析:
Avp同前
对节点
N,
可以列出下列方程:
联立求解以上三式,可得LPF的传递函数:
上式表明,该滤波器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。
频率特性:
当Avp≥3时,Q=∞,有源滤波器自激。
由于将接到输出端,等于在高频端给LPF加了一点正反馈,所以在高频端的放大倍数有所抬高,甚至可能引起自激。
二阶压控电压源LPF的幅频特性:
巴特沃思(压控)LPF
仿真结果
Q=0.707
fp=f0=100Hz
8.6.2.4
无限增益多路反馈滤波器
无限增益多路反馈有源滤波器一般形式,要求集成运放的开环增益远大于60DB
无限增益多路反馈LPF
由图可知:
对节点N,
列出下列方程:
频率响应为:
巴特沃思(无限增益)LPF
fp=f0=1000Hz
8.6.3
高通滤波电路
(HPF)
8.6.3.1HPF与LPF的对偶关系
幅频特性对偶(相频特性不对偶)
传递函数对偶
低通滤波器传递函数
高通滤波器传递函数
HPF与LPF的对偶关系
电路结构对偶
将起滤波作用的电容换成电阻 将起滤波作用的电阻换成电容
低通滤波电路 高通滤波电路
8.6.3.2
二阶压控电压源HPF
二阶压控电压源LPF 二阶压控电压源HPF
电路形式相互对偶
二阶压控电压源HPF
传递函数:
低通:
高通:
二阶压控电压源HPF幅频特性:
8.6.3.3
无限增益多路反馈HPF
无限增益多路反馈HPF
8.6.4
带通滤波器(BPF)
BPF的一般构成方法:
优点:
通带较宽,通带截至频率容易调整
缺点:
电路元件较多
一般带通滤波电路
仿真结果
二阶压控电压源BPF
二阶压控电压源一般形式
截止频率:
RC选定后,改变R1和Rf即可改变频带宽度
二阶压控电压源BPF仿真电路
8.6.5
带阻滤波器(BEF)
BEF的一般形式
缺点:
电路元件较多且HPF与LPF相并比较困难。
基本BEF电路
同相比例
无源带阻(双T网络)
双T带阻网络
双T带阻网络
二阶压控电压源BEF电路
正反馈,只在f0附近起作用
传递函数
二阶压控电压源BEF仿真电路
例题1:
要求二阶压控型LPF的
f0=400Hz,Q值为0.7,试求电路中的电阻、电容值。
根据f0
,选取C再求R。
1.C的容量不易超过。
因大容量的电容器体积大,
价格高,应尽量避免使用。
取
计算出:
R=3979Ω
取R=3.9KΩ
2.根据Q值求和,因为时,根据与、的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件
根据与R1
、Rf
的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件。
例题1仿真结果
例题与习题2
例题与习题2仿真结果
例题与习题3
HPF
例题与习题3仿真结果
例题与习题4
例题与习题4仿真结果
vo1:
红色
vo
:
蓝色